Um novo estudo da Caltech mostra que impactos gigantes podem reduzir drasticamente a pressão interna dos planetas, uma descoberta que pode mudar significativamente o modelo atual de formação planetária.

Os impactos, como aquele que se acredita ter causado a formação da lua terrestre há cerca de 4,5 bilhões de anos, poderia causar flutuações aleatórias nas pressões do núcleo e do manto que explicariam algumas assinaturas geoquímicas intrigantes no manto da Terra.

"Estudos anteriores assumiram incorretamente que a pressão interna de um planeta é simplesmente uma função da massa do planeta, e assim aumenta continuamente à medida que o planeta cresce. O que mostramos é que a pressão pode mudar temporariamente após um grande impacto, seguido por um aumento de pressão de longo prazo conforme o corpo pós-impacto se recupera. Esta descoberta tem implicações importantes para a estrutura química do planeta e evolução subsequente, "diz Simon Lock, pesquisador de pós-doutorado na Caltech e autor principal de um artigo explicando o novo modelo que foi publicado por Avanços da Ciência em 4 de setembro.

Lock escreveu o artigo com a colega Sarah Stewart (Ph.D. '02), professor de ciências planetárias da Universidade da Califórnia, Davis, um MacArthur Fellow de 2018, e um ex-aluno da Divisão Caltech de Ciências Geológicas e Planetárias.

Os sistemas planetários normalmente começam como um disco de poeira que lentamente se acumula em corpos rochosos. O final do estágio principal desse processo é caracterizado por colisões de alta energia entre corpos do tamanho de planetas à medida que eles se aglutinam para formar os planetas finais.

A energia de choque desses impactos pode vaporizar porções significativas de um planeta e até mesmo, como se pensa ter acontecido com o impacto que formou a lua, transformar temporariamente os dois corpos em colisão em um donut giratório de material planetário conhecido como "sinestia, "que mais tarde se resfria em um ou mais corpos esféricos.

Lock e Stewart usaram modelos computacionais de impactos gigantes e estruturas planetárias para simular colisões que formaram corpos com massas entre 0,9 e 1,1 massas terrestres e descobriram que, imediatamente após uma colisão, suas pressões internas eram muito mais baixas do que o esperado. Eles descobriram que a diminuição da pressão foi devido a uma combinação de fatores:a rotação rápida proporcionada pela colisão, que gerou uma força centrífuga que agiu contra a gravidade, em essência, empurrar o material para longe do eixo de rotação; e a baixa densidade do quente, corpo parcialmente vaporizado.

"Não temos observações diretas do crescimento de planetas semelhantes à Terra. Acontece que as propriedades físicas de um planeta podem variar muito durante seu crescimento por colisões. Nossa nova visão da formação de planetas é muito mais variável e energética do que os modelos anteriores, que abre a porta para novas explicações de dados anteriores, "Stewart diz.

O resultado final é que grandes impactos podem reduzir significativamente a pressão interna de um planeta. A pressão logo após um impacto como o que se acredita ter formado a lua pode ter sido a metade da atual Terra.

Se for verdade, a descoberta pode ajudar a reconciliar uma contradição de longa data entre a geoquímica do manto da Terra e os modelos físicos da formação do planeta.

À medida que a proto-Terra crescia, cada objeto que colidiu com ele entregou metal no manto. Após cada impacto, o metal absorveu pequenas quantidades de outros elementos do manto, e então afundou até o âmago - arrastando esses elementos com ele. A quantidade de cada elemento que se dissolveu no metal foi determinada, em parte, pelas pressões internas da terra. Como tal, a composição química do manto hoje registra a pressão do manto durante a formação do planeta.

Estudos dos metais no manto terrestre hoje indicam que esse processo de absorção ocorreu em pressões encontradas no meio do manto hoje. Contudo, modelos de impacto gigante mostram que tais impactos derretem a maior parte do manto, e então o manto deveria ter registrado uma pressão muito mais alta - equivalente ao que agora vemos logo acima do núcleo. Essa anomalia entre a observação geoquímica e os modelos físicos é algo que os cientistas há muito procuram explicar.

Ao mostrar que as pressões após os impactos gigantes foram menores do que se pensava anteriormente, Lock e Stewart podem ter encontrado o mecanismo físico para resolver esse enigma.

Próximo, Lock e Stewart planejam usar seus resultados para calcular como as mudanças estocásticas na pressão durante a formação afetam a estrutura química dos planetas. Lock diz que eles também continuarão a estudar como os planetas se recuperam do trauma de impactos gigantes "Nós mostramos que as pressões nos planetas podem aumentar dramaticamente conforme um planeta se recupera, mas que efeito isso tem sobre como o manto se solidifica ou como a primeira crosta terrestre se formou? Esta é uma área totalmente nova que ainda precisa ser explorada, " ele diz.

O artigo é intitulado "Impactos gigantes estocasticamente mudam as pressões internas dos planetas terrestres."